机电工程学院
机电一体化系统设计
课程设计
设计题目： 专 业：
学 号： 姓 名： 指导老师：
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毕业论文（设计）任务书
一、题目：搬运机械手的结构和控制系统设计 二、研究内容与目标：
本设计主要的研究内容是
1. 用proe绘制搬运机械手三维立体图
2. 用proe转配搬运机械手及制作仿真动画并生成仿真视频制作 3. 利用PLC实现控制系统设计 4. 设计说明书（1份）
目标： 让搬运机械手能搬运物品，掌握机械手的设计原理和控制过程 三、研究方法：通过不断地查找资料，研究工业机械手的作用，并不断分析最后制作出工业上需要的机械手。 四、主要参考文献：(5篇以上)
[1] 刘明保，吕春红等主编.机械手的组成机构及技术指标的确定.河南高等
专科学校学报，2004.120-134
[2] 李超主编.气动通用上下料机械手的研究与开发.陕西科技大学，
2003.103-121
[3] 陆祥生，杨绣莲主编.机械手.中国铁道出版社,1985.56-58
[4] 张建民主编.工业机械人.北京：北京理工大学出版社,1992.76-79 [5] 李允文主编.工业机械手设计.机械工业出版社,1996.
[6] 蔡自兴主编.机械人学的发展趋势和发展战略.机械人技术,2001.12-15 [7] 金茂青，曲忠萍，张桂华等主编.国外工业机械人发展的态势分析.机械
人技术与应用,2001.23-24
[8] 王雄耀主编.近代气动机械人（机械手）的发展及应用.液压气动与密
封,1999.31-32
[9] 李明主编.单臂回转机械手设计.制造技术与机床，2004. 64-66
[10] 张军，封志辉主编.多工步搬运机械手的设计.机械设计,2004.27-28
目录
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第一章 绪论 ......................................................... 2
1.1工业机器人的简介 ............................................. 2 1.2机械手概述 ................................................... 3 1.3工业机械手的发展趋势 ......................................... 4 1.4 国内外研究现状和趋势 ........................................ 5 1.6 液压系统传动原理 ........................................... 7 第二章 电机驱动和液压驱动混合式搬运机械手方案设计 .................. 8
2.1电动驱动和液压驱动式搬运机械手的组成及各部分关系概述 ......... 8 2.2液压式搬运机械手方案设计 ..................................... 8 2.3机械手的系统工作原理及组成 ................................... 9 2.4机械手手臂的结构设计 ........................................ 13 第三章 尺寸设计与校核 .............................................. 18
3.1手臂伸缩液压缸的尺寸设计与校核 .............................. 18 3.2手臂升降液压缸的尺寸设计与校核 .............................. 19 3.3 腰部传动负载作回转运动的设计与校核 ......................... 20 第四章 机械手的PLC控制系统设计 ................................... 22
4.1 PLC的工作原理 .............................................. 22 4.2 可编程序控制器的选择及工作过程 ............................. 23 4.3 可编程序控制器的使用步骤 ................................... 24 4.4 机械手可编程序控制器控制方案 ............................... 25 第五章 四自由度机械手运动仿真 ..................................... 27
5.1 运动学仿真过程及定义分析 ................................ 27 结 论 .............................................................. 30 致 谢 ............................................................ 30
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搬运机械手的结构和控制系统设计
[摘要]用于再现人手功能的技术装置称为机械手。机械手是模仿着人手的部分动作，按给定程序、轨迹和要求实现自动抓取、搬运或操作的自动机械装置。在工业生产中应用的机械手被称为工业机械手。共业机械手是近代自动控制领域中出现的一项新技术，并已成为现代机械制造生产系统中的一个重要组成部分，这种新技术发展很快，逐渐成为一门新兴的学科——机械手工程。机械手涉及到力学、机械学、电器液压技术、自动控制技术、传感器技术和计算机技术等科学领域，是一门跨学科综合技术。机械手是一种能自动控制并可从新编程以变动的多功能机器，他有多个自由度，可以搬运物体以完成在不同环境中的工作。
机械手的结构形式开始比较简单，专用性较强。 随着工业技术的发展，制成了能够独立的按程序控制实现重复操作，适用范围比较广的“程序控制通用机械手”，简称通用机械手。由于通用机械手能很快的改变工作程序，适应性较强，所以它在不断变换生产品种的中小批量生产中获得广泛的引用。
本课题要设计一套4自由度电机和液压混合搬运机械手（主要用来搬运圆柱状的物体如车轮）主要的设计有以下几个方面：
根据装配生产线搬运机械手的特点，确定液压搬运机械手的总体方案，保证机械手在空间有限位置的定位。然后根据考虑的总体方案确定机械手的总体结构，可采用模块化的设计，将机械手分为若干个模块，对各个模块进行设计，最后把这些模块拼装起来组成机械手。以机械手代替人工来提高工作效力，减轻劳动力提高生产力。本课题设计的目的就是采用低成本、抓取力量大和易于控制的液压来组成液压搬运机械手，最终实现装配生产线上工件的自动搬运。
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搬运机械手的结构和控制系统设计(2024年整理).doc
